一種寬帶碼分多址系統的下行接納控制方法
2023-05-01 06:47:56 1
專利名稱：一種寬帶碼分多址系統的下行接納控制方法
技術領域：
本發明屬於第三代移動通信系統——寬帶碼分多址(WCDMA)領域，具體地說，涉及WCDMA系統下行接納控制方法。
移動通信近來發展十分迅速，短短幾年間已經成為人類生活中非常重要的一部分，同時在Internet迅猛發展的推動下，人們對移動網際網路(Mobile Internet)的渴求極大地推動了第三代移動通信系統(IMT-2000)的發展。WCDMA技術是第三代移動通信系統的主流技術，第三代移動通信系統標準化組織3GPP在99年3月通過並頒布了Release 99』版本的無線接口技術規範，以後還在修改之中。但3GPP沒有對WCDMA系統的接納控制方法制訂統一的標準，系統控制方法是各個公司以標準為基礎進行研製的。
第三代移動通信系統的三大特點是具備寬帶高速、混合業務和可變速率等特點，與第二代系統的主要區別是承載的業務不同，第二代系統主要以話音業務為主，而第三代系統則是話音業務和分組數據業務並重的多媒體業務，並支持高達2Mbps的高速數據傳輸。在IMT-2000中，根據各種業務和應用的屬性，在進行業務質量(QoS)分析時通常將其劃分為四大類型對話業務(實時)、交互業務(非實時)、數據流業務(實時)和後臺業務(非實時)等。對話型業務的典型應用是話音，交互型業務的典型應用是WWW遊覽，數據流型業務的典型應用是視頻流、文件傳輸(FTP)等，後臺型業務的典型應用是電子郵件(E-mail)。
WCDMA系統中，由於空中的無線容量非常有限，在用戶發起呼叫請求無線資源時必須進行接納控制。進行精確接納控制的前提是在精確估計小區負荷的基礎上，還要對呼叫業務(包括新呼叫業務和切換呼叫業務)接入後引起的負荷增量進行準確的預測。接納控制的準確性高，就可以在系統負荷允許的前提下儘量接納更多的用戶或業務，因而可以保持較低的呼損率和掉話率，達到較高的服務質量。
目前，預測呼叫業務負荷增量的方法是基於吞吐量的方法。具體參考諾基亞公司Harri Holma等人參考3GPP協議規範所寫的著作——《UMTS的WCDMA——第三代移動通信的無線接入》。現在常用的預測下行業務負荷增量的方法中，業務的負荷增量估計值Δη與信源速率R的關係是非線性的，且沒有考慮多址幹擾引起的功率攀升因素；另外，預測呼叫業務的下行負荷增量不是直接的發射功率增量，與實際系統不對應，既不實用，又不準確，容易造成接納控制的錯誤判斷。
WCDMA系統是一個自幹擾系統，無論是上行還是下行，容量的根本是功率。上行容量是總幹擾功率受限，下行容量是發射功率受限。對於實際的系統，實時動態測量系統(小區)的接收總幹擾功率和下行總發射功率，對呼叫業務進行上行幹擾功率增量估計，對呼叫業務進行下行發射功率增量進行估計，兩個方向的功率攀升規律不完全一樣，所以應該分別在上行和下行方向進行接納控制，以便適應不對稱業務的接入。
由於第三代移動通信系統承載的業務可以是不對稱的，即上、下行方向的傳輸速率不同，這樣就要分上、下行進行接納控制。由於WCDMA系統是一個自幹擾系統，上行容量是幹擾受限的。下行容量是功率受限，因為小區(基站)設備的下行發射功率受物理器件的限制，下行有一個最大發射能力的限制，一般每個扇區(小區)、每個載頻最大發射功率不超過20W。因此，對於下行接納控制來說，首先要準確測量小區下行的功率負荷，在業務呼叫時對業務業務質量(QoS)中的速率、業務種類(實時業務還是非實時業務)、信噪比要求等進行分析，通過計算得出呼叫業務下行所需的發射功率預測值ΔP，再進行接納控制。當下行剩餘資源足夠呼叫業務使用時就接納，否則就拒絕。呼叫包括新發起的呼叫和切換呼叫，當然，新呼叫和切換呼叫的優先級不同，判決的門限也就不同。
在對下行的業務負荷增量進行估計時，可能沒有實時有效的下行路損值可以使用，此時，由於無線定位技術尚未成熟，還不是標準必選的功能，所以不能準確知道移動臺的位置和路徑損耗，因而很難估計業務所需的發射功率，即業務的下行負荷增量是一個公認的難題。儘管接納誤差僅僅影響一次，不會積累，但是估計誤差太大會使呼損率提高，並降低系統運行效率。
本發明的目的在於提出了一種在呼叫業務(用戶)請求接入時，對呼叫業務進行下行接納控制的方法，以降低系統的呼損率，提高系統的運行效率。
本發明提出的方法是按以下技術方案實現的，包括以下步驟1)從呼叫業務的業務質量中提取業務信源速率R、所需信噪比Eb/No值、優先級等級和呼叫用戶的身份標識；2)查找此用戶身份標識最近上報的下行路損值L；3)判斷下行路損值L是否有效，若有效則轉5)；否則到4)；4)計算下行路損中值Lj以代替下行路損值L；5)將下行路損值L、信源速率R和所需信噪比Eb/No值計算業務所需的下行發射功率；6)計算呼叫業務下行的攀升功率；7)計算系統小區(基站)下行的攀升功率；8)計算業務下行的負荷增量；9)將系統小區(基站)的額定負荷減去小區負荷的測量值，得到系統小區(基站)剩餘容量；10)若系統小區(基站)的剩餘容量大於業務下行負荷增量，則接納該呼叫業務；否則拒絕，等待下一個呼叫業務；11)給呼叫業務分配系統資源；所述的步驟3)中判斷下行路損值L是否有效是指對現在時間減去數值記錄時間的時間差進行判斷，若時間差是數秒以內的非0值，則有效，否則到步驟4通過估算方法求得下行路損的近似值Lj作為下行路損值L。
所述的步驟4)中計算下行路損中值Lj傳播距離參數是利用下式進行計算的Lj=80+40(1-410-3hb)log10(22rmax)+21log10(f)-18log10(hb)dB,]]>其中，Δhb是小區參數基站天線高度，rmax是小區的最大覆蓋半徑。
所述的步驟5)中計算業務所需的下行發射功率是用下式得到的PdBm=L-{103dBm+PG-(EbN0)dB}dBm]]>其中信噪比分貝數(EbN0)dB=10log10(EbN0)]]>PG=10log10(3840kcpsR)dB]]>PG是處理增益，R是業務速率，量綱是kbps。
所述的步驟6)中呼叫業務下行的攀升功率是進一步按如下方案實現的首先預測發射功率原始值的分貝數轉換成絕對數值，利用下式計算呼叫業務所需的下行發射功率原始的絕對值(mW)P=100.1PdBmmW]]>其次彌補非正交因素引起的信噪比降低，附加一個功率攀升量，在基站下行發射功率原始的絕對值基礎上計算業務接入後下行功率攀升值Ptotal=(EbN02+1)PmW]]>其中α是多徑無線環境的下行非正交因子，取值0.1到0.4，與無線環境有關。
所述的步驟7)系統小區(基站)下行的攀升功率是利用下式計算的P0＝η×Pmax。
所述的步驟8)中業務下行的負荷增量是進一步按如下方案實現的首先計算業務接入後功率攀升時總的發射功率估計值ΔP0′＝P0α2其次計算業務接入引起的負荷增量DL=P0+PtotalPmax%.]]>
所述的步驟10)根據ΔηDL％≤ηth％-η％進行判斷對於新呼叫業務，ΔηDL％≤60％-η％時接納；對於切換呼叫業務，當ΔηDL％≤90％-η％時接納；否則拒絕。
下面結合附圖對本發明作進一步的說明
圖1是基於現有技術負荷增量預測公式函數曲線圖；圖2是本發明方法的流程圖；圖3是本發明實施例的流程圖；圖1是基於現有技術負荷增量預測公式函數曲線圖；函數關係式見下式(1a)。=11+WcEb/NoR----(1a)]]>(1a)式中υ是話音激活因子，話音業務統一取0.67，數據業務統一取1.00；Wc代表碼片速率，是一個常數，等於3840kcps；Eb/No是業務所要求信噪比的絕對數，可以由分貝(dB)值轉換得到；R是呼叫業務的信源比特速率(量綱是kbps)。僅考慮數據業務時(υ＝1)，在不同的信噪比要求下，信源速率R與負荷增量Δη的關係曲線見附圖1。
從圖1可見看出，負荷增量Δη與信源速率R的關係是非線性的，且沒有對業務的下行功率增量進行計算，無法利用系統的實時測量參數，在實際系統中很難操作，因此這種計算的方法預測呼叫業務的下行負荷增量是不實用的，容易造成接納控制的錯誤判斷。
在實際的系統應用中，系統的負荷是隨時間動態變化的，只有實時測量系統當前的負荷，才能正確判斷系統的下行剩餘容量，在準確估計呼叫業務的負荷和功率增量前提下，進行準確的接納控制。剩餘容量是額定容量(容量門限)與實時測量容量的差值。這樣，在保證系統穩定運行的前提下，可以儘量接納呼叫業務，降低呼損率，提高系統的運行效率和運營的經濟效益。接納控制的結果是接納、拒絕，接納後需要輸出業務所需的發射功率，作為業務的下行初始發射功率，在閉環快速功率控制下達到信噪比的目標值要求。
圖2是本發明的流程圖。本發明的功能模塊以軟體體現在無線網絡控制器(RNC)中，由RNC控制和管理許多的基站(小區)。結合本發明的步驟，以一個實施例進一步詳細描述如下1)從呼叫業務(用戶)的無線接入承載(RAB)請求所帶的業務質量(QoS)參數中，提取呼叫業務的信源速率R、所需信噪比Eb/No值、優先級等級以及呼叫用戶的身份標識(ID)；2)將此用戶的身份標識(ID)在資料庫中查找相應用戶最近上報的下行路損值L(dB)，一般在初始呼叫連接時，移動臺會測量下行路損值並上報給無線網絡控制器(RNC)；此值一定是最近數百毫秒到數秒內的測量值，否則無效，比如移動臺以120km/h在200ms(毫秒)的時間會移動6.67米，移動的距離太遠就失去了準確性，沒有實際意義。
3)判斷下行路損值L是否有效，即將現在時間減去數值記錄時間，時間差在數秒以內的非0值就算有效，使用此實時測量值作為路損值，轉到第5)步繼續進行計算；否則到4)步通過估算方法求得下行路損中值Lj(下行路損L的近似值)，代替下行路損值L；4)在實際測量的下行路損值失去時效性時，將小區參數(基站天線高度Δhb和小區最大覆蓋半徑rmax)代入以下的計算公式得到下行路損中值Lj，將Lj代替下行路損值LLj=80+40(1-410-3hb)log10(22rmax)+21log10(f)-18log10(hb)dB]]>(1)5)在通過第3)或第4)步得到下行路損值L後，利用業務的速率R、信噪比要求值Eb/No代入以下(2)式，可以計算呼叫業務的功率負荷增量原始值PdBm=L-{103dBm+PG-(EbN0)dB}dBm----(2)]]>其中信噪比分貝數(EbN0)dB=10log10(EbN0)----(3)]]>PG=10log10(3840kcpsR)dB----(4)]]>PG是處理增益，R是業務速率，量綱是kbps。
6)在預測發射功率原始值的分貝數轉換成絕對數值，在轉換時需要考慮話音業務時的統計復用因素，利用下式計算呼叫業務所需的下行發射功率原始的絕對值(mW)P=100.1PdBmmW-----(5)]]>其中υ是話音激活因子，數據業務(非話音業務)取1.00，話音業務(對稱會話業務)取0.67。
7)由於WCDMA系統是一個自幹擾系統，下行無線鏈路的多徑傳輸造成了物理碼信道的非正交，致使物理碼信道之間分離不完全，存在互相影響的成分，即非正交會引起物理碼信道之間的多址幹擾或噪聲，使各條物理碼信道的信噪比降低。物理碼信道越多，幹擾就越大。為了彌補非正交因素引起的信噪比降低，必須附加一個功率攀升量，在第6)步基礎上計算業務接入後下行功率攀升值Ptotal=(EbN02+1)PmW----(6)]]>其中α是多徑無線環境的下行非正交因子，取值0.1到0.4，與無線環境有關。
8)實際系統中，上報RNC的系統基站(小區)下行負荷是一個百分比數，這樣利用實際測量上報的負荷值η(％)和基站(小區)最大發射功率Pmax(mW)反推下行的發射總功率P0，以便進一步計算基站(小區)的功率攀升量；P0＝η×PmaxmW (7)9)由於WCDMA系統下行非正交因素的影響，物理碼信道之間存在多址幹擾，在一個功率已經達到平衡時接入一個用戶(業務)，這個用戶的發射功率會使其它物理碼信道的信噪比有所降低，造成其它信道的發射功率稍有上升，考慮業務接入後功率攀升時總的發射功率估計值用下式計算；ΔP0′＝P0α2mW(8)以上考慮了呼叫業務(用戶)接入後引起的功率攀升情況，那麼業務接入引起的負荷增量可以由下式預測；DL=P0+PtotalPmax%----(9)]]>10)當前負荷加上呼叫業務的負荷增量低於門限值時即可接納，接著到第11)步，進一步分配業務所需的系統資源，否則拒絕，等待下一次的呼叫到來；ΔηDL％≤ηth％-η％ (10)對於不同優先級的呼叫業務有不同的門限值，比如，對於新呼叫業務，ΔηDL％≤60％-η％時接納；對於切換呼叫業務，其優先級高，門限值也高，當ΔηDL％≤90％-η％時接納；否則拒絕。
11)接納呼叫後，必須為業務分配一切所需的系統資源，轉向碼資源分配子進程完成資源的分配；呼叫被拒絕後，等待下一個業務呼叫請求接入，當再次收到呼叫時，從第1)步起再進行一遍以上的過程。每當一個業務發起呼叫時，呼叫接納控制過程進行一次。
圖3是本發明實施例的流程圖。WCDMA系統是一個同頻同時工作、碼分多址的自幹擾系統，上行幹擾總功率受限，下行發射總功率受限，系統容量本質上是功率，即系統(小區)的負荷用功率來表示，呼叫業務的負荷增量也用功率表示。
為了在業務呼叫時能預測下行業務的功率增量和負荷增量，採用了下行路徑損耗測量結合等效覆蓋半徑的預測方法。若系統設置為接入測量上報量有下行路徑損耗值，則使用測量值，因為測量值比等效半徑估計值更準確，但是必須注意，實際測量值在一定時間(200ms)內才有效，比如移動臺運動速度為120km/h時，200ms移動距離是6.7m，若時間太長就不準確了。呼叫包括UE從空閒狀態發起的呼叫、處於連接中新增加業務的呼叫、切換呼叫和有線網絡側來的呼叫，RNC第三層的RRM從RRC信令中得到基站上報的測量參數，從Iu接口信令中可以得到業務質量(QoS)參數，即業務的類型(話音還是數據)、下行業務速率、誤碼率要求(信噪比Eb/No要求)以及優先級等等；從測量參數可以得到系統當前的負荷值和下行路徑損耗值，從而可以預測呼叫的功率增量ΔPtotal(mW)和負荷增量Δη(％)。在準確判斷系統目前負荷的情況下能夠進行正確的接納控制。在接納控制時針對呼叫業務優先級的情況，在判斷系統負荷門限時分為高低兩個門限ηth1和ηth2，這裡設ηth1＝60％是新呼叫業務的接納門限，ηth2＝90％是切換呼叫的接納門限；這兩個門限的差值30％就是容量預留，供軟切換使用，同時保證硬切換時有較低的掉話率。這相當於負荷為90％時，軟切換業務量與新呼叫業務量的比例達50％(0.3/0.6＝0.5)以上。切換呼叫和高優先級呼叫與ηth1對應，是固定的，以系統穩定運行為前提；低優先級的新呼叫與ηth2對應，門限是固定或可變的，可變門限可以降低呼損率，提高系統的運行效率(益)和服務質量。
為了準確預測WCDMA系統中呼叫業務的負荷增量，採用測量量上報方法和等效半徑方法計算業務初始所需的下行發射功率，重點是考慮了下行非正交因子引起的功率攀升因素，得到了業務實際的發射功率，對業務接入後系統的負荷進行了估計，這樣可以更準確地進行下行的接納控制判斷，在系統穩定的前提下有較低的呼損(阻塞)率，提高了系統資源利用率和服務質量等級。
下行物理碼信道之間的非正交產生了多址幹擾，若沒有考慮功率攀升問題就可能失去真實性。WCDMA系統的所有用戶同時在同一頻段工作，就象一間房間裡有許多人在交談，兩個廣東人用廣東話交談，兩個福建人用閩南語交談，兩個上海人用上海話交談，只要講話的聲音不是太大，可以做到互不影響。當再加一對講客家話的人，那麼別人受到幹擾，講話聲音必然會提高一些才能聽清楚。或者，突然有一對人吵架提高了聲音，影響了另外人的交談，迫使另外的人提高聲音才能聽清楚，這樣，你的聲音大，我的聲音更高，這就是功率攀升；如此下去，最後大家扯破嗓子也聽不清楚了，相當於WCDMA系統崩潰了。這裡的不同語言就是WCDMA中的碼子，用碼來區分不同的物理信道。
綜上所述，本發明用於第三代移動通信系統網絡設計和網絡運行中的下行接納控制，將測量量和等效半徑方法相結合，考慮下行無線多徑環境的非正交因素，即考慮多址幹擾引起的功率攀升因素，計算業務最終的發射功率和負荷增量，可達到預測呼叫業務負荷增量準確、接納控制簡單、無線資源利用率高、網絡運行穩定、呼損率和切換掉話率降低的效果。是一個實用的接納控制方法。
本發明首次提出了等效平均半徑的路損估計方法，在不能利用測量信息時仍然可以對下行業務的發射功率進行估計，從而可以估計業務的負荷增量值，同時，考慮了無線多徑信道的環境下，下行非正交因素引起的多址幹擾影響，即提出了下行功率攀升的計算方法。這樣，可以在混合業務情況下準確進行下行接納控制，解決較高負荷時系統運行穩定性與呼損率的矛盾。本發明是一種實用的接納控制方法，用於WCDMA系統的網絡設計和網絡運行中，可達到對呼叫業務的下行負荷增量估計準確、接納控制容易、網絡運行效率高、呼損率和掉話率低的效果。專利受保護的範圍是等效半徑確定、業務的功率增量估計、負荷增量計算、功率攀升計算等方法，應用範圍包括移動通信領域。
權利要求
1.一種在寬帶碼分多址系統中下行接納控制的方法，其特徵在於包括以下步驟步驟1從呼叫業務的業務質量中提取業務信源速率R、所需信噪比Eb/No值、優先級等級和呼叫用戶的身份標識；步驟2查找此用戶身份標識最近上報的下行路損值L；步驟3判斷下行路損值L是否有效，若有效則轉步驟5；否則到步驟4；步驟4計算下行路損中值Lj以代替下行路損值L；步驟5將下行路損值L、信源速率R和所需信噪比Eb/No值計算業務所需的下行發射功率；步驟6計算呼叫業務下行的攀升功率；步驟7計算系統小區(基站)下行的攀升功率；步驟8計算業務下行的負荷增量；步驟9將系統小區(基站)的額定負荷減去小區負荷的測量值，得到系統小區(基站)剩餘容量；步驟10若系統小區(基站)的剩餘容量大於業務下行負荷增量，則接納該呼叫業務，否則拒絕，等待下一個呼叫業務。步驟11給呼叫業務分配系統資源。
2.根據權利要求1所述的寬帶碼分多址系統中下行系統接納控制方法，其特徵在於所述的步驟3中判斷下行路損值L是否有效是指對現在時間減去數值記錄時間的時間差進行判斷，若時間差是數秒以內的非0值，則有效，否則到步驟4通過估算方法求得下行路損的近似值Lj作為下行路損值L。
3.根據權利要求1所述的寬帶碼分多址系統中下行系統接納控制方法，其特徵在於所述的步驟4中計算下行路損中值Lj傳播距離參數是利用下式進行計算的Lj=80+40(1-410-3hb)log10(22rmax)+21log10(f)-18log10(hb)dB,]]>其中，Δhb是小區參數基站天線高度，rmax是小區的最大覆蓋半徑。
4.根據權利要求1所述的寬帶碼分多址系統中下行系統接納控制方法，其特徵在於所述的步驟5中計算業務所需的下行發射功率是用下式得到的PdBm=L-{103dBm+[PG-(EbN0)dB]}dBm]]>其中信噪比分貝數(EbN0)dB=10log10(EbN0)]]>PG=10log10(3840kcpsR)dB]]>PG是處理增益，R是業務速率，量綱是kbps。
5.根據權利要求1所述的寬帶碼分多址系統中下行系統接納控制方法，其特徵在於所述的步驟6中呼叫業務下行的攀升功率是進一步按如下方案實現的首先預測發射功率原始值的分貝數轉換成絕對數值，利用下式計算呼叫業務所需的下行發射功率原始的絕對值(mW)P=100.1PdBmmW]]>其次彌補非正交因素引起的信噪比降低，附加一個功率攀升量，在基站下行發射功率原始的絕對值基礎上計算業務接入後下行功率攀升值Ptotal=(EbN02+1)PmW]]>其中α是多徑無線環境的下行非正交因子，取值0.1到0.4，與無線環境有關。
6.根據權利要求1所述的寬帶碼分多址系統中下行系統接納控制方法，其特徵在於所述的步驟7系統小區(基站)下行的攀升功率是利用下式計算的P0＝η×Pmax。
7.根據權利要求1所述的寬帶碼分多址系統中下行系統接納控制方法，其特徵在於所述的步驟8中業務下行的負荷增量是進一步按如下方案實現的首先計算業務接入後功率攀升時總的發射功率估計值ΔP0′＝P0α2其次計算業務接入引起的負荷增量DL=P0+PtotalPmax%.]]>
8.根據權利要求1所述的寬帶碼分多址系統中下行系統接納控制方法，其特徵在於所述的步驟10根據ΔηDL％≤ηth％-η％進行判斷對於新呼叫業務，ΔηDL％≤60％-η％時接納；對於切換呼叫業務，當ΔηDL％≤90％-η％時接納；否則拒絕。
全文摘要
本發明公開一種寬帶碼分多址的下行接納控制方法，所述方法用在寬帶碼分多址系統的無線網絡控制器(RNC)中。目的是精確估計呼叫業務的負荷增量，進行精確的接納控制。將基站公共測量量與等效半徑相結合，計算下行無線多徑環境下非正交引起多址幹擾的功率攀升量，計算呼叫業務最終的發射功率和負荷增量，與允許的負荷門限值進行比較來完成接納控制。在混合業務接入時，可達到估計呼叫業務負荷增量準確、接納控制簡單、無線資源利用率高、網絡運行穩定、呼損率和切換掉話率低的效果。
文檔編號H04W28/08GK1394013SQ0111327
公開日2003年1月29日 申請日期2001年7月2日 優先權日2001年7月2日
發明者黃超, 熊建秋, 李向新, 李國躍 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司